LastUpDate 2016/09/14
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化学変化と質量2 解説

化学変化に関係する物質の質量比は常に一定である。
マグネシウムと塩酸は何対何で反応し、それに対して塩化マグネシウムと水素がどれだけ発生するか。
この比を実験結果から導く。
実験結果の表を見るときに重要なのは発生する気体の質量である。

ビーカー+塩酸の質量は85gなので、マグネシウム1.2gを入れると86.2gこれが1回めの実験前のビーカー全体の質量である。
実験後に86.1gになっているので発生した水素は0.1gである。
各回の実験について同様にして表に表す↓

ビーカー+塩酸85.085.085.085.085.085.085.0
マグネシウムの質量(g)1.22.43.64.86.07.28.4
実験前86.287.488.689.89192.293.4
実験後のビーカー全体の質量(g)86.187.288.389.490.691.893.0
発生した水素(g)0.10.20.30.40.40.40.4

1回めの実験で水素が0.1g発生している。2回めで発生する水素が増えていることから1回めではマグネシウム1.2gがすべて溶けたことがわかる。
つまりマグネシウムと水素の比は1.2:0.1=12:1となる。
4回目以降の実験で発生した水素が0.4gから増えていないので、塩酸50cm3がすべて使われたときに発生する水素が0.4gだとわかる。
マグネシウムと水素の比から0.4gの水素は4.8gのマグネシウムが溶けた時の量である。
つまり、50cm3の塩酸と4.8gのマグネシウムが過不足なく反応し0.4gの水素が発生する。

(1)  マグネシウムに塩酸をかけると塩化マグネシウムになり、水素が発生する。
Mg+2HCl→H2+MgCl2

(2) 実験では4.8gのマグネシウムが溶けるので8.4-4.8=3.6
溶け残っているマグネシウムは3.6g
塩酸50に対してマグネシウム4.8が溶けるのでマグネシウム3.6を溶かす塩酸をxとすると
50:4.8=x:3.6
4.8x=50×3.6
x=37.5

(3),(4)では塩酸とマグネシウムの比が50:4.8になっていないので
どちらがあまるのか確認する必要がある。

(3) 塩酸75で溶かすことのできるマグネシウムをxとすると
50:4.8=75:x
50x=4.8×75
x=7.2
塩酸75cm3で溶かすことのできるマグネシウムは7.2gなので
8.4gのマグネシウムを入れても溶け残ることがわかる。
発生する水素をygとすると
12:1=7.2:y
12y=7.2
y=0.6

(4) 塩酸125cm3で溶かすことのできるマグネシウムをxとすると
50:4.8=125:x
50x=4.8×125
x=12
塩酸125cm3で溶かすことのできるマグネシウムは12gなので
10.8gのマグネシウムを入れるとすべて溶けて塩酸があまる。
発生する水素をygとすると
12:1=10.8:y
12y=10.8
y=0.9


1の問題と同様に表から各回の実験で発生した気体の質量を求める。
そこから、過不足なく反応する塩酸と炭酸水素ナトリウムの質量比、それに対して発生する気体の質量の比を求める。
ビーカー80.080.080.080.080.080.0
炭酸水素ナトリウム4.24.24.24.24.24.2
うすい塩酸30.040.050.060.070.080.0
反応前114.2124.2134.2144.2154.2164.2
反応後のビーカー全体の質量(g)113.0122.6132.2142.0152.0162.0
発生した気体(g)1.21.62.02.22.22.2

1回めの実験で塩酸30gに対して気体は1.2g発生している。
2回めで塩酸を増やすと気体も増えていることから、1回めの30gはすべて反応に使われたことがわかる。
つまり塩酸と気体の比は30:1.2=25:1である。
4回目以降、気体は2.2gから増えていない。
つまり炭酸水素ナトリウム4.2gが全て反応したときに発生する気体は2.2gである。
気体が2.2g発生するときの塩酸の質量をxgとすると塩酸と気体の比 25:1から
25:1=x:2.2
x=55
つまり炭酸水素ナトリウムと塩酸が過不足無く反応するときの質量比は
4.2:55=21:275である。
(1) 炭酸水素ナトリウムに塩酸をかけると塩化ナトリウムと水と二酸化炭素になる
NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2

(2) 上記で出したとおり、塩酸55.0g, 気体2.2g
(3) 上記から炭酸水素ナトリウムと塩酸が過不足無く反応するときの質量比は21:275
これを用いて炭酸水素ナトリウム6.3gを溶かすのに必要な塩酸をxgとすると
21:275=6.3:x
21x=6.3×275
x=82.5
つまり塩酸があまることがわかる。
炭酸水素ナトリウムと発生する気体の比は4.2:2.2なので
炭酸水素ナトリウム6.3gのとき発生する気体をygとすると
4.2:2.2=6.3:y
4.2y=2.2×6.3
y=3.3

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